探究凸透鏡成像規律實驗解讀

實驗要點

1.凸透鏡成像原理：光的折射。

2.實驗前調整器材，使燭焰、凸透鏡和光屏的中心大致在同一高度上，目的是讓燭焰通過凸透鏡所成的像呈現在光屏中心，便于觀察和比較像和物的大小、正倒關系。

3.蠟燭燃燒變短，光屏上的像將向上移動；若光屏上所成的像偏下，則為使像成在光屏中央，應將蠟燭向下移動或者將凸透鏡向上移動。

4.透鏡位置不變：（1）移動蠟燭靠近凸透鏡時，光屏（像）遠離透鏡，所成的像將變大；（2）將蠟燭與光屏互換位置，若原來成倒立、縮小像，則互換位置后，成倒立、放大的像，若原來成倒立、放大的像，則互換位置后，成倒立、縮小的像。

5.保持蠟燭和光屏的位置不動，將凸透鏡在蠟燭和光屏之間移動，光屏上可以再次成清晰的像。

6.物距大于一倍焦距時成實像，在光屏側能從光屏上觀察到像。物距小于一倍焦距時成虛像，在光屏側透過凸透鏡能觀察到像，從光屏上不能直接觀察到像。

注意事項

1.選擇較暗的環境進行，可以使實驗現象較明顯。

2.最好用字母狀LED燈替代蠟燭，可以使光屏上成像更清晰、穩定。

3.光屏上成清晰的像時，遮住透鏡的一部分，此時光屏上仍能成蠟燭完整的像，與原來的像相比此時的像會變暗。

4.光屏上成清晰的像時，用手指尖觸碰凸透鏡（或凸透鏡上有污點），光屏上不會出現手指尖（或污點）的像。

5.實驗時，若有同學走過，帶動的風使燭焰向左擺動，則燭焰的像將向右擺動。

6.實驗中光屏上找不到像的原因：

（1）燭焰、凸透鏡和光屏的中心不在同一高度上；

（2）燭焰在透鏡的焦點上；

（3）燭焰在透鏡的一倍焦距之內（焦距大于物距，成虛像，光屏承接不到像）；

（4）物像之間距離大于光具座長度（像距太大，像成在光具座之外）。

典例剖析

例 在“探究凸透鏡成像的規律”實驗中，實驗裝置如圖1。

（1）如圖，所用凸透鏡的焦距是 [cm]，實驗前要調整蠟燭、凸透鏡、光屏的高度，使燭焰、凸透鏡、光屏的中心大致在 。

（2）當把蠟燭移到[35 cm]刻度處時，移動光屏到[80 cm]刻度處可得到一個倒立、 （選填“等大”“縮小”或“放大”）的實像；當把點燃的蠟燭放在[20 cm]刻度處時，則光屏上成清晰的像，光屏應放在光具座 [cm]刻度處。

（3）若用不透明的物體擋住透鏡的上半部分，則光屏上 （選填“能”或“不能”）成完整的像。

（4）如果在光屏上成模糊的像，當取一眼鏡片放在凸透鏡和蠟燭之間時，光屏上的像變清晰，移走眼鏡片稍微將蠟燭靠近凸透鏡，光屏上再次得到清晰的像，則該眼鏡是 （選填“近視”或“遠視”）眼鏡。

（5）實驗時，蠟燭隨著燃燒而變短，光屏上的像將向 移動。若要使蠟燭的像仍成在光屏中央，則需把光屏向 移動。用發光二極管代替蠟燭的好處是 。

（6）為了探究生活中的透鏡成像現象，小明把一個裝水的玻璃杯放在漫畫前，驚奇地發現透過水杯看到漫畫中的老鼠變“瘦”了，還掉頭奔向貓（如圖3）。小明透過水杯看到的是老鼠的 （選填“實”或“虛”）像。

解析：（1）平行于主光軸的光線經凸透鏡折射后，會聚在主光軸上一點，該點是凸透鏡的焦點，焦點到光心的距離是凸透鏡的焦距，所以凸透鏡的焦距[f=60.0 cm-50.0 cm=10.0 cm]；實驗前要調整蠟燭、凸透鏡、光屏的高度，使燭焰、凸透鏡、光屏的中心大致在同一高度上。

（2）已知[f=10.0 cm]，將點燃的蠟燭放置在光具座上[35 cm]刻度線處，[f<u] = [15.0 cm<]

[2f]，成倒立、放大的實像，像距[v=30.0 cm>2f]。若將蠟燭從圖中位置移到[20 cm]刻度線處，此時物距[u=30.0 cm>2f]，當像距滿足[f<v<2f]時，光屏上能再次呈現清晰的像。根據折射時光路是可逆的，可知像距[v=15.0 cm]，則應移動光屏到[65 cm]刻度線處。

（3）凸透鏡成實像時，所有透過透鏡的光會聚到光屏上成像，若用不透明的物體擋住透鏡的一部分，則雖然整個物體發出的光有一小部分被擋住，但總會有一部分光通過凸透鏡的另一部分而會聚成像，因此，像與原來相同，大小不變，但亮度變暗。

（4）移走眼鏡片稍微將蠟燭靠近凸透鏡，物距變小，像距變大，光屏上再次得到清晰的像，說明原來像模糊是因為像距太小。當將眼鏡片放在凸透鏡和蠟燭之間時，光屏上的像變清晰，說明鏡片具有發散作用，應是凹透鏡，該眼鏡是近視鏡。

（5）凸透鏡成倒立的實像，蠟燭由于燃燒逐漸變短，相對于凸透鏡向下移動，則燭焰的像在光屏上的位置會向上方移動；若要使蠟燭的像仍成在光屏中心，可以把光屏向上移動，或者把凸透鏡向下移動。發光二極管比燭焰的亮度更大、更環保，更容易看出倒立實像不僅是上下相反，而且是左右相反；蠟燭燃燒有火焰，不如發光二極管安全；火焰在有風的時候會晃動，成像不如發光二極管穩定；蠟燭會越燒越短，而發光二極管不會。

（6）由圖可知，此時的老鼠的像與原圖中的老鼠相比，是左右顛倒的，該像屬于實像。

答案：（1）[10.0] 同一高度 （2）放大 65 （3）能 （4）近視 （5）上 上 略 （6）實

總結提升

1. 平行于主光軸的光會聚于主光軸上一點，這一點叫焦點，焦點到光心的距離叫焦距；為使像成在光屏的中央，實驗前要調整蠟燭、凸透鏡、光屏的高度，使燭焰、凸透鏡、光屏的中心大致在同一高度上。

2. 當[f<u<2f]時，成倒立、放大的實像；當[u>2f]時，成倒立、縮小的實像；折射時光路是可逆的。

3. 凸透鏡成像屬于光的折射現象，物體發出的光線經凸透鏡折射后，會聚在凸透鏡另一側的光屏上，形成物體的實像。凸透鏡的口徑越大，透過的光越多，像就越亮；凸透鏡的口徑越小，透過的光越少，像就越暗。

4. 根據“物近像遠像變大”確定像模糊的原因；凹透鏡具有發散作用；近視眼用凹透鏡矯正。

（作者單位：遼河油田實驗中學分校）